شعاع یونی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

الگو:Atomic radius

شعاع یونی ، یون r ، شعاع یک یون تک اتمی در ساختار بلوری یونی است. اگرچه نه اتم‌ها و نه یون‌ها مرزهای تیز ندارند، اما با آنها به‌گونه‌ای رفتار می‌شود که انگار کره‌های سختی با شعاع‌هایی هستند که مجموع شعاع‌های یونی کاتیون و آنیون فاصله بین یون‌های یک شبکه بلوری را نشان می‌دهد . شعاع یونی معمولاً در واحدهای پیکومتر (pm) یا آنگستروم (Å) با Å = 100 pm داده می شود. از مقادیر معمولی از 31 پیکومتر (0.3 Å) تا به بیش از200 پیکومتر (2Å) متغیر است.

این مفهوم را می توان به یون های حل شده در محلول های مایع با در نظر گرفتن پوسته حلال سازی تعمیم داد.

روندها[ویرایش]

X - NaX AgX
اف 464 492
Cl 564 555
برادر 598 577
پارامترهای سلول واحد (بر حسب pm ، برابر با دو طول پیوند M-X) برای هالیدهای سدیم و نقره. تمام ترکیبات در ساختار NaCl متبلور می شوند.
Relative radii of atoms and ions. The neutral atoms are colored gray, cations red, and anions blue.

بسته به بار الکتریکی یون، یونها ممکن است بزرگتر یا کوچکتر از اتم خنثی باشند. هنگامی که خصوصیت کووالانسی بیشتر پیوندها در و طول پیوند و در نتیجه شعاع یونی ظاهری را کاهش می‌دهد، اثری که در هالیدهای سدیم الکترومثبت‌تر و همچنین در فلوراید نقره که یون فلوراید در آن وجود دارد، وجود ندارد. نسبتا غیرقطبی است.

تعیین[ویرایش]

یک اتم برای تشکیل کاتیون الکترون خود را از دست می دهد، سایر الکترون ها بیشتر به سمت هسته جذب می شوند و شعاع یون کوچکتر می شود. به طور مشابه، هنگامی که یک الکترون به یک اتم اضافه می شود و یک آنیون تشکیل می دهد، الکترون اضافه شده اندازه ابر الکترونی را با دافعه بین الکترونیکی افزایش می دهد.

شعاع یونی یک ویژگی ثابت برای یک یون مشخص نیست، اما با عدد هماهنگی ، وضعیت اسپین و سایر پارامترها تغییر می‌کند. با این وجود، مقادیر شعاع یونی به اندازه کافی قابل انتقال هستند تا روندهای دوره ای را شناسایی کنند. مانند سایر انواع شعاع اتمی ، شعاع یونی با نزول یک گروه افزایش می یابد. اندازه یونی (برای همان یون) نیز با افزایش عدد هماهنگی افزایش می‌یابد و یک یون در حالت اسپین بالا بزرگتر از همان یون در حالت اسپین پایین خواهد بود. به طور کلی شعاع یونی با افزایش بار مثبت کاهش و با افزایش بار منفی افزایش می یابد.

یک شعاع یونی "غیر عادی" در یک کریستال اغلب نشانه ای از ویژگی کووالانسی قابل توجه در پیوند است. هیچ پیوندی کاملاً یونی نیست، و برخی از ترکیبات ظاهراً "یونی"، به ویژه فلزات واسطه، خصوصیات کووالانسی دارند. این با پارامترهای سلول واحد برای هالیدهای سدیم و نقره در جدول نشان داده شده است. بر اساس فلورایدها، می توان گفت که بزرگتر از است، اما بر اساس کلریدها و برمیدها، عکس این امر به نظر می رسد. [۱]

فاصله بین دو یون در یک کریستال یونی را می توان با کریستالوگرافی اشعه ایکس تعیین کرد که طول اضلاع سلول واحد یک کریستال را نشان می دهد. برای مثال، طول هر لبه سلول واحد کلرید سدیم برابر با 564.02 پیکومتر است. هر لبه سلول واحد کلرید سدیم را می توان دارای اتم های ∙∙∙ ∙∙∙ در نظر گرفت ، بنابراین لبه دو برابر جدایی Na-Cl است. بنابراین، فاصله بین و نصف 564.02 پیکومتر است، که 282.01 پیکومتر است. با این حال، اگرچه کریستالوگرافی اشعه ایکس فاصله بین یون ها را نشان می دهد، اما نشان نمی دهد که مرز بین آن یون ها کجاست، بنابراین مستقیماً شعاع یونی را نمی دهد.

نمای جلوی سلول واحد یک کریستال LiI، با استفاده از داده‌های کریستالی شانون (Li + = 90 pm؛ I - = 206 pm). یون‌های یدید تقریباً لمس می‌شوند (اما نه کاملاً)، که نشان می‌دهد فرض لنده نسبتاً خوب است.

لانده شعاع یونی را با در نظر گرفتن کریستال هایی که آنیون و کاتیون در آنها تفاوت زیادی در اندازه دارند، مانند ، تخمین زد. یون‌های لیتیوم بسیار کوچک‌تر از یون‌های یدید هستند که لیتیوم در سوراخ‌های درون شبکه کریستالی قرار می‌گیرد و به یون‌های یدید اجازه می‌دهد تا با هم تماس داشته باشند. یعنی فاصله بین دو یدید همسایه در کریستال دو برابر شعاع یون یدید در نظر گرفته می شود که 214 پیکومتر استنباط شد. از این مقدار می توان برای تعیین شعاع های دیگر استفاده کرد. به عنوان مثال، فاصله بین یونی در مقدار 356 پیکومتر است، که 142 پیکومتر برای شعاع یونی است. به این ترتیب مقادیر برای شعاع 8 یون تعیین شد.

Wasastjerna شعاع یونی را با در نظر گرفتن حجم نسبی یونها که از قطبش پذیری الکتریکی تعیین شده توسط اندازه گیری ضریب شکست تعیین می شود، تخمین زد. [۲] این نتایج توسط ویکتور گلدشمیت توسعه داده شد. هر دو Wasastjerna و گلدشمیت از مقدار132 پیکومتر برای یون استفاده کردند.

پاولینگ از بار هسته ای موثر برای تناسب فاصله بین یون ها به شعاع آنیونی و کاتیونی استفاده کرد. داده های او به یون شعاع 140 پیکومتر می دهد.

بررسی عمده داده های کریستالوگرافی منجر به انتشار شعاع های یونی اصلاح شده توسط شانون شد. [۳] شانون شعاع های مختلفی را برای اعداد هماهنگی مختلف و برای حالت های اسپین بالا و پایین یون ها می دهد. برای سازگاری با شعاع پاولینگ، شانون از مقدار 140=( )یون r استفاده کرده است داده هایی که از آن مقدار استفاده می کنند به عنوان شعاع یونی "موثر" نامیده می شوند. با این حال، شانون همچنین شامل داده‌های مبتنی بر126=()یون r داده هایی که از آن مقدار استفاده می کنند به عنوان شعاع یونی "کریستالی" نامیده می شوند. شانون بیان می‌کند که «احساس می‌شود که شعاع کریستالی با اندازه فیزیکی یون‌های جامد مطابقت دارد». [۳] دو مجموعه داده در دو جدول زیر آورده شده است.

شعاع یونی کریستالی بر حسب پیکومتر عناصر در تابع بار یونی و اسپین (ls = چرخش کم، hs = چرخش زیاد). یونها 6 مختصات هستند مگر اینکه در پرانتز به طور متفاوت نشان داده شوند (به عنوان مثال 146 (4) برای 4 مختصات N3-).
شماره نام نماد ۳– ۲– ۱– ۱+ ۲+ ۳+ ۴+ ۵+ ۶+ ۷+ ۸+
۱ هیدروژن H 208 -(2)
۳ لیتیم Li 90
۴ بریلیوم Be 59
۵ بور B 41
۶ کربن C 30
۷ نیتروژن N 132 (4) 30 27
۸ اکسیژن O 126
۹ فلوئور F 119 22
۱۱ سدیم Na 116
۱۲ منیزیم Mg 86
۱۳ آلومینیم Al 67.5
۱۴ سیلیکون Si 54
۱۵ فسفر P 58 52
۱۶ سولفور S 170 51 43
۱۷ کلر Cl 167 26 (3py) 41
۱۹ پتاسیم K 152
۲۰ کلسیم Ca 114
۲۱ اسکاندیم Sc 88.5
۲۲ تیتانیم Ti 100 81 74.5
۲۳ وانادیم V 93 78 72 68
۲۴ کروم ls Cr 87 75.5 69 63 58
۲۴ کروم hs Cr 94
۲۵ منگنز ls Mn 81 72 67 47 (4) 39.5 (4) 60
۲۵ منگنز hs Mn 97 78.5
۲۶ آهن ls Fe 75 69 72.5 39 (4)
۲۶ آهن hs Fe 92 78.5
۲۷ کبالت ls Co 79 68.5
۲۷ کبالت hs Co 88.5 75 67
۲۸ نیکل ls Ni 83 70 62
۲۸ نیکل hs Ni 74
۲۹ مس Cu 91 87 68 ls
۳۰ روی Zn 88
۳۱ گالیم Ga 76
۳۲ ژرمانیم Ge 87 67
۳۳ ارسنیک As 72 60
۳۴ سلنیم Se 184 64 56
۳۵ برم Br 182 73 (4sq) 45 (3py) 53
۳۷ روبیدیم Rb 166
۳۸ استرانسیم Sr 132
۳۹ ایتریم Y 104
۴۰ زیرکونیم Zr 86
۴۱ نیوبیم Nb 86 82 78
۴۲ مولیبدن Mo 83 79 75 73
۴۳ تکنسیم Tc 78.5 74 70
۴۴ روتنیم Ru 82 76 70.5 52 (4) 50 (4)
۴۵ رودیم Rh 80.5 74 69
۴۶ پالادیم Pd 73 (2) 100 90 75.5
۴۷ نقره Ag 129 108 89
۴۸ کادمیم Cd 109
۴۹ ایندیم In 94
۵۰ قلع Sn 83
۵۱ انتیموان Sb 90 74
۵۲ تلوریم Te 207 111 70
۵۳ ید I 206 109 67
۵۴ زنون Xe 62
۵۵ سزیم Cs 181
۵۶ باریم Ba 149
۵۷ لانتان La 117.2
۵۸ سریم Ce 115 101
۵۹ پرازئودیمیم Pr 113 99
۶۰ نئودیمیم Nd 143 (8) 112.3
۶۱ پرومتیم Pm 111
۶۲ ساماریم Sm 136 (7) 109.8
۶۳ یوروپیم Eu 131 108.7
۶۴ گادولینیم Gd 107.8
۶۵ تربیم Tb 106.3 90
۶۶ دیسپروزیم Dy 121 105.2
۶۷ هولمیم Ho 104.1
۶۸ اربیم Er 103
۶۹ تولیم Tm 117 102
۷۰ ایتربیم Yb 116 100.8
۷۱ لوتتیم Lu 100.1
۷۲ هافنیم Hf 85
۷۳ تانتال Ta 86 82 78
۷۴ تنگستن W 80 76 74
۷۵ رنیوم Re 77 72 69 67
۷۶ اسمیم Os 77 71.5 68.5 66.5 53 (4)
۷۷ ایریدیم Ir 82 76.5 71
۷۸ پلاتین Pt 94 76.5 71
۷۹ طلا Au 151 99 71
۸۰ جیوه Hg 133 116
۸۱ تالیم Tl 164 102.5
۸۲ سرب Pb 133 91.5
۸۳ بیسموت Bi 117 90
۸۴ پولونیم Po 108 81
۸۵ استاتین At 76
۸۷ فرانسیم Fr 194
۸۸ رادیم Ra 162 (8)
۸۹ اکتینیم Ac 126
۹۰ توریم Th 108
۹۱ پروتاکتینیم Pa 116 104 92
۹۲ اورانیوم U 116.5 103 90 87
۹۳ نپتونیم Np 124 115 101 89 86 85
۹۴ پلوتونیم Pu 114 100 88 85
۹۵ امریسیم Am 140 (8) 111.5 99
۹۶ کوریم Cm 111 99
۹۷ برکلیم Bk 110 97
۹۸ کالیفرنیم Cf 109 96.1
۹۹ اینشتینیم Es


شعاع یونی موثر در پیکومتر عناصر در تابع بار یونی و اسپین (ls = چرخش کم، hs = چرخش زیاد). یونها 6 مختصات هستند مگر اینکه در پرانتز به طور متفاوت نشان داده شوند (به عنوان مثال 146 (4) برای 4 مختصات N3-).
شماره نام نماد ۳– ۲– ۱– ۱+ ۱+ ۳+ ۴+ ۵+ ۶+ ۷+ ۸+
۱ هیدروژن H 139.9 −18 (2)
۳ لیتیم Li 76
۴ بریلیوم Be 45
۵ بور B 27
۶ کربن C 16
۷ نیتروژن N 146 (4) 16 13
۸ اکسیژن O 140
۹ فلوئور F 133 8
۱۱ سدیم Na 102
۱۲ منیزیم Mg 72
۱۳ آلومینیم Al 53.5
۱۴ سیلیکون Si 40
۱۵ فسفر P 212[۴] 44 38
۱۶ سولفور S 184 37 29
۱۷ کلر Cl 181 12 (3py) 27
۱۹ پتاسیم K 138
۲۰ کلسیم Ca 100
۲۱ اسکاندیم Sc 74.5
۲۲ تیتانیم Ti 86 67 60.5
۲۳ وانادیم V 79 64 58 54
۲۴ کروم ls Cr 73 61.5 55 49 44
۲۴ کروم hs Cr 80
۲۵ منگنز ls Mn 67 58 53 33 (4) 25.5 (4) 46
۲۵ منگنز hs Mn 83 64.5
۲۶ آهن ls Fe 61 55 58.5 25 (4)
۲۶ آهن hs Fe 78 64.5
۲۷ کبالت ls Co 65 54.5
۲۷ کبالت hs Co 74.5 61 53
۲۸ نیکل ls Ni 69 56 48
۲۸ نیکل hs Ni 60
۲۹ مس Cu 77 73 54 ls
۳۰ روی Zn 74
۳۱ گالیم Ga 62
۳۲ ژرمانیم Ge 73 53
۳۳ ارسنیک As 58 46
۳۴ سلنیم Se 198 50 42
۳۵ برم Br 196 59 (4sq) 31 (3py) 39
۳۷ روبیدیم Rb 152
۳۸ استرانسیم Sr 118
۳۹ ایتریم Y 90
۴۰ زیرکونیم Zr 72
۴۱ نیوبیم Nb 72 68 64
۴۲ مولیبدن Mo 69 65 61 59
۴۳ تکنسیم Tc 64.5 60 56
۴۴ روتنیم Ru 68 62 56.5 38 (4) 36 (4)
۴۵ رودیم Rh 66.5 60 55
۴۶ پالادیم Pd 59 (2) 86 76 61.5
۴۷ نقره Ag 115 94 75
۴۸ کادمیم Cd 95
۴۹ ایندیم In 80
۵۰ قلع Sn 118[۵] 69
۵۱ انتیموان Sb 76 60
۵۲ تلوریم Te 221 97 56
۵۳ ید I 220 95 53
۵۴ زنون Xe 48
۵۵ سزیم Cs 167
۵۶ باریم Ba 135
۵۷ لانتان La 103.2
۵۸ سریم Ce 101 87
۵۹ پرازئودیمیم Pr 99 85
۶۰ نئودیمیم Nd 129 (8) 98.3
۶۱ پرومتیم Pm 97
۶۲ ساماریم Sm 122 (7) 95.8
۶۳ یوروپیم Eu 117 94.7
۶۴ گادولینیم Gd 93.5
۶۵ تربیم Tb 92.3 76
۶۶ دیسپروزیم Dy 107 91.2
۶۷ هولمیم Ho 90.1
۶۸ اربیم Er 89
۶۹ تولیم Tm 103 88
۷۰ ایتربیم Yb 102 86.8
۷۱ لوتتیم Lu 86.1
۷۲ هافنیم Hf 71
۷۳ تانتال Ta 72 68 64
۷۴ تنگستن W 66 62 60
۷۵ رنیوم Re 63 58 55 53
۷۶ اسمیم Os 63 57.5 54.5 52.5 39 (4)
۷۷ ایریدیم Ir 68 62.5 57
۷۸ پلاتین Pt 80 62.5 57
۷۹ طلا Au 137 85 57
۸۰ جیوه Hg 119 102
۸۱ تالیم Tl 150 88.5
۸۲ سرب Pb 119 77.5
۸۳ بیسموت Bi 103 76
۸۴ پولونیم Po 223[۶] 94 67
۸۵ استاتین At 62
۸۷ فرانسیم Fr 180
۸۸ رادیم Ra 148 (8)
۸۹ اکتینیم Ac 112
۹۰ توریم Th 94
۹۱ پروتاکتینیم Pa 104 90 78
۹۲ اورانیوم U 102.5 89 76 73
۹۳ نپتونیم Np 110 101 87 75 72 71
۹۴ پلوتونیم Pu 100 86 74 71
۹۵ امریسیم Am 126 (8) 97.5 85
۹۶ کوریم Cm 97 85
۹۷ برکلیم Bk 96 83
۹۸ کالیفرنیم Cf 95 82.1
۹۹ اینشتینیم Es


مدل کره نرم[ویرایش]

شعاع یونی کره نرم (بر حسب پیکومتر) برخی یونها
کاتیون, M RM آنیون, X RX
109.4 218.1
149.7 237.2

برای بسیاری از ترکیبات، مدل یون ها به عنوان کره های سخت، فاصله بین یون ها را بازتولید نمی کند. ، به دقتی که می توان آن را در کریستال اندازه گیری کرد. یکی از روش‌های بهبود دقت محاسبه‌شده، مدل‌سازی یون‌ها به‌عنوان «کره‌های نرم» است که در کریستال همپوشانی دارند. از آنجایی که یون ها روی هم قرار می گیرند، جدایی آنها در کریستال کمتر از مجموع شعاع های کره نرم آنها خواهد بود. [۷]

رابطه بین شعاع یونی کره نرم، و ، و ، از رابطه زیر بدست می آید

،

که یک توان است که با نوع ساختار بلوری متفاوت است. در مدل سخت کره، می شود 1، پس .

مقایسه بین جداسازی یون مشاهده شده و محاسبه شده (در pm)
MX مشاهده شده مدل کره نرم
LiCl 257.0 257.2
LiBr 275.1 274.4
NaCl 282.0 281.9
NaBr 298.7 298.2

در مدل کره نرم، مقداری بین 1 و 2 دارد. به عنوان مثال، برای کریستال های هالیدهای گروه 1 با ساختار کلرید سدیم ، مقدار 1.6667 مطابقت خوبی با آزمایش دارد. برخی از شعاع های یونی کره نرم در جدول آمده است. این شعاع بزرگتر از شعاع کریستال داده شده در بالا هستند ( 90 پیکومتر؛ 167 پیکومتر). جداسازی های بین یونی محاسبه شده با این شعاع ها تطابق بسیار خوبی با مقادیر تجربی می دهد. برخی از داده ها در جدول آورده شده است. عجیب است، هیچ توجیه نظری برای معادله حاوی داده شده است.

یون های غیر کروی[ویرایش]

مفهوم شعاع یونی بر اساس فرض شکل یون کروی است. با این حال، از دیدگاه نظری گروهی، این فرض فقط برای یون‌هایی که در محل‌های شبکه بلوری با تقارن بالا مانند Na و Cl در هالیت یا روی و S در اسفالریت قرار دارند، قابل توجیه است. تمایز آشکار می شود، زمانی که گروه تقارن نقطه از سایت شبکه مربوطه در نظر گرفته است، [۸] که می گروههای مکعب Oh و T d در NaCl و ZnS در خلاء. برای یون‌های روی مکان‌های با تقارن پایین‌تر، انحرافات قابل‌توجهی از چگالی الکترون آنها از شکل کروی ممکن است رخ دهد. این را نگه می دارد به ویژه برای یون ها در سایت های شبکه تقارن قطبی، که می گروههای نقطه کریستالوگرافی C C 1 ساعت، C N یا C NV، n = 2 باشد، 3، 4 و یا 6. [۹] تجزیه و تحلیل کامل از هندسه اتصال به تازگی برای انجام شد پیریت نوع ترکیبات که در آن ظرفیتی، کالکوژن یون اقامت در سایت های C 3 شبکه. مشخص شد که یون های کالکوژن باید با توزیع بار بیضی شکل با شعاع های مختلف در امتداد محور تقارن و عمود بر آن مدل شوند. [۱۰]

همچنین ببینید[ویرایش]

منابع[ویرایش]

 

  1. On the basis of conventional ionic radii, Ag+ (129 pm) is indeed larger than Na+ (116 pm)
  2. Wasastjerna, J. A. (1923). "On the radii of ions". Comm. Phys.-Math., Soc. Sci. Fenn. 1 (38): 1–25.
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ R. D. Shannon (1976). "Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides". Acta Crystallogr A. 32 (5): 751–767. Bibcode:1976AcCrA..32..751S. doi:10.1107/S0567739476001551.
  4. "Atomic and Ionic Radius". Chemistry LibreTexts. 3 October 2013.
  5. "Metallic, Covalent and Ionic Radii(r)". Wired Chemist.
  6. Shannon, R. D. (1976), "Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides", Acta Crystallogr. A, 32 (5): 751–67, Bibcode:1976AcCrA..32..751S, doi:10.1107/S0567739476001551.
  7. Lang, Peter F.; Smith, Barry C. (2010). "Ionic radii for Group 1 and Group 2 halide, hydride, fluoride, oxide, sulfide, selenide and telluride crystals". Dalton Transactions. 39 (33): 7786–7791. doi:10.1039/C0DT00401D. PMID 20664858.
  8. H. Bethe (1929). "Termaufspaltung in Kristallen". Annalen der Physik. 3 (2): 133–208. Bibcode:1929AnP...395..133B. doi:10.1002/andp.19293950202.
  9. M. Birkholz (1995). "Crystal-field induced dipoles in heteropolar crystals – I. concept". Z. Phys. B. 96 (3): 325–332. Bibcode:1995ZPhyB..96..325B. CiteSeerX 10.1.1.424.5632. doi:10.1007/BF01313054.
  10. M. Birkholz (2014). "Modeling the Shape of Ions in Pyrite-Type Crystals". Crystals. 4 (3): 390–403. doi:10.3390/cryst4030390.

لینک های خارجی[ویرایش]